Onderzoekers van de Universiteit van Houston hebben een nieuwe manier gerapporteerd om de overgangstemperatuur van supergeleidende materialen te verhogen. het verhogen van de temperatuur waarbij de supergeleiders kunnen werken.

De resultaten, gerapporteerd in de Proceedings van de National Academy of Sciences , suggereren een voorheen onontgonnen weg voor het bereiken van supergeleiding bij hogere temperaturen, die een aantal potentiële voordelen biedt voor energieopwekkers en consumenten.

Elektrische stroom kan zonder weerstand door supergeleidende materialen gaan, terwijl traditionele transmissiematerialen maar liefst 10 procent van de energie tussen de opwekkingsbron en de eindgebruiker verliezen. Het vinden van supergeleiders die werken bij of nabij kamertemperatuur - huidige supergeleiders vereisen het gebruik van een koelmiddel - zou nutsbedrijven in staat kunnen stellen meer elektriciteit te leveren zonder de benodigde hoeveelheid brandstof te verhogen, het verminderen van hun ecologische voetafdruk en het verbeteren van de betrouwbaarheid en efficiëntie van het elektriciteitsnet.

De overgangstemperatuur nam exponentieel toe voor de geteste materialen met de nieuwe methode, hoewel het onder kamertemperatuur bleef. Maar Paul CW Chu, hoofdwetenschapper bij het Texas Center for Superconductivity aan de UH (TcSUH) en corresponderende auteur van het artikel, zei dat de methode een geheel nieuwe manier biedt om het probleem van het vinden van supergeleiders die bij een hogere temperatuur werken, te benaderen.

Chu, een natuurkundige en TLL Temple Chair of Science aan de UH, zei het huidige record voor een stabiele supergeleider bij hoge temperatuur, opgericht door zijn groep in 1994, is 164 Kelvin, of ongeveer -164 Fahrenheit. Die supergeleider is op kwik gebaseerd; de voor het nieuwe werk geteste bismutmaterialen zijn minder giftig, en onverwacht een overgangstemperatuur van meer dan 90 Kelvin bereiken, of ongeveer -297 Fahrenheit, na de eerste voorspelde daling tot 70 Kelvin.

Het werk richt zich op het gevestigde principe dat de overgangstemperatuur van een supergeleider kan worden voorspeld door het begrip van de relatie tussen die temperatuur en doping - een methode om het materiaal te veranderen door kleine hoeveelheden van een element te introduceren dat zijn elektrische eigenschappen - of tussen die temperatuur en fysieke druk. Het principe houdt in dat de overgangstemperatuur tot een bepaald punt stijgt en dan begint te dalen, zelfs als de doping of de druk blijft toenemen.

Liangzi Deng, een onderzoeker bij TcSUH die samenwerkt met Chu en eerste auteur op het papier, kwam op het idee om de druk te verhogen tot boven de eerder onderzochte niveaus om te zien of de supergeleidende overgangstemperatuur weer zou stijgen na het dalen.

Het werkte. "Dit toont echt een nieuwe manier om de supergeleidende overgangstemperatuur te verhogen, " zei hij. De hogere druk veranderde het Fermi-oppervlak van de geteste verbindingen, en Deng zei dat de onderzoekers geloven dat de druk de elektronische structuur van het materiaal verandert.

De supergeleidermonsters die ze hebben getest, zijn minder dan een tiende van een millimeter breed; de onderzoekers zeiden dat het een uitdaging was om het supergeleidende signaal van zo'n klein monster van magnetisatiemetingen te detecteren, de meest definitieve test voor supergeleiding. De afgelopen jaren is Deng en zijn collega's in Chu's lab ontwikkelden een ultragevoelige meettechniek voor magnetisatie waarmee ze een extreem klein magnetisch signaal kunnen detecteren van een supergeleidend monster onder een druk van meer dan 50 gigapascal.

Deng merkte op dat in deze tests, de onderzoekers hebben geen verzadigingspunt waargenomen - dat wil zeggen, de overgangstemperatuur zal blijven stijgen naarmate de druk toeneemt.

Ze testten verschillende bismutverbindingen waarvan bekend is dat ze supergeleidende eigenschappen hebben en ontdekten dat de nieuwe methode de overgangstemperatuur van elk aanzienlijk verhoogde. De onderzoekers zeiden dat het niet duidelijk is of de techniek zou werken op alle supergeleiders, hoewel het feit dat het aan drie verschillende formuleringen werkte veelbelovend is.

Maar het stimuleren van supergeleiding door hoge druk is niet praktisch voor toepassingen in de echte wereld. De volgende stap, Chu zei, zal zijn om een ​​manier te vinden om hetzelfde effect te bereiken met chemische doping en zonder druk.